一种利用尾矿制备4A分子筛的方法及其应用技术

本发明专利技术属于硅酸盐化合物领域，具体涉及一种利用尾矿制备4A分子筛的方法及其应用。4A分子筛合成步骤：碳酸钠高温碱熔-加水陈化-加热结晶-洗涤烘干。在高温碱熔前加入Al(0H)3,可以使得碱熔过程中生成分子筛合成所需的原料NaAlSiO4。利用合成的分子筛处理含铅废水最佳pH范围为4-8，处理时间为10s以内，处理效果达到国家排放标准，吸附容量为150mg/g-200mg/g。分子筛回收效果，第一遍回收70%以上，第二遍及第三遍达到93%以上。本发明专利技术的有益效果是该方法利用高硅尾矿合成分子筛，处理废水，不仅减少了尾矿带来的环境问题，还能处理重金属废水，达到以废治废的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于硅酸盐化合物领域，涉及一种利用尾矿制备4A分子筛的方法及其应用。
技术介绍
4A分子筛是一种立方体结晶态的碱金属硅铝酸盐，由硅氧四面体和铝氧四面体通过氧桥键相连而形成得具有孔道和空腔的多孔材料。这种特殊的骨架结构常带负电，金属阳离子为平衡电荷，分布于骨架结构的孔道和笼之中，具有较大的可移动性，在溶液中，可进行阳离子交换，降低水中有害重金属含量。在铅冶炼行业，常产生大量的含铅废水，含铅废水具有致畸、致突和致癌的危害，利用分子筛处理含铅废水将是其一个新的发展方向。工业中合成4A分子筛的原料多为化学纯的硅酸钠和氢氧化铝，价格昂贵，原料成本高。4A分子筛合成过程中所需要的元素多为尾矿和贫矿中含量很多的成分，如SiO2和Al2O3，是分子筛合成的主要原料，目前利用高岭土和粉煤灰合成分子筛的报道也逐渐进入人们的视野。我国尾矿产量和堆积量巨大，对环境和安全产生严重威胁，有效的利用尾矿合成分子筛将带来环境和经济的双重效益。利用合成的分子筛处理含铅废水达到以废治废的目的。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种利用尾矿制备4A分子筛，再利用合成分子筛处理含铅废水，并对处理后的分子筛进行回收利用。充分利用尾矿资源，实现废弃物的资源化利用，降低生产成本，利用合成的分子筛处理含铅废水，实现以废治废的目标。本专利技术旨在利用含硅尾矿制备分子筛，利用合成的分子筛处理含铅废水，并回收分子筛的用尾矿制备4A分子筛的方法及应用和回收工艺。本专利技术的技术方案是：一种用尾矿制备4A分子筛的方法，该方法将尾矿磨至一定粒度后，再与一定量固体Na2CO3和固体Al(OH)3混合，经高温碱熔-加水陈化-加热结晶-洗涤烘干，得到具有立方体晶型结构，颗粒分布均匀的4A分子筛。该方法的具体包括以下步骤：步骤1.高温碱熔：将一定量的尾矿磨至325目，与一定的固体Na2CO3和固体Al(OH)3混合，置于坩埚内再高温加热反应，加热温度为840-860℃，加热并保温1.8-2.2h，得到矿样，备用；步骤2.加水陈化：步骤1得到的矿样加水搅拌陈化25-35min；其中，矿样与水质量比为1:5-1:10；步骤3.加热结晶：上述后的矿样置于反应釜中，温度为100℃-120℃，时间为3-5h；步骤4：洗涤干燥：上述步骤后的矿样用水洗涤过滤，在温度为45-60℃下干燥5h，即得到具有立方体晶型结构，颗粒分布均匀的4A分子筛。进一步，所述步骤1中：碳酸钠与尾矿中的二氧化硅质量比为1:0.8-1:1.2，尾矿中的二氧化硅与氧化铝摩尔比为2。进一步，所述尾矿中SiO2含50％以上，Al2O3含5％-20％及Fe2O3及其它少量K2O、CaO、MgO，和Ti、P、Zn等微量元素的杂质。进一步，所述具有立方体晶型结构，颗粒分布均匀的4A分子筛的吸附容量为100mg/g-200mg/g。一种上述方法制备的4A分子筛在处理含铅废水中应用，将上述合成的分子筛处理含铅废水适宜条件为pH为4.6，处理时间为10s以内，吸附容量为150-200mg/g。处理过程为：取0.12g分子筛处理100mg/L的含铅废水200ml，1h后测定铅离子浓度，铅离子浓度降到0.5mg/L以下，达到国家排放标准。合成分子筛处理含铅废水后回收方法为：利用饱和NaCl溶液对分子筛进行解析，再过滤烘干回收分子筛，回收效果第一遍92％以上，第二遍及第三遍达到99％以上；利用饱和NaS溶液与过滤液反应回收重金属铅。分子筛解析条件为常温500ml饱和NaCl溶液解析1g分子筛30min。利用XRD，SEM等一系列表征手段对合成分子筛进行表征，表现出结晶良好，形貌为正四面体微米级4A分子筛。利用ICP对含铅废水进行检测，表现出很好的铅离子去除效果，合成分子筛的离子交换能力强，重复利用率好。本专利技术的优点在于：(1)合成分子筛的主要原料为尾矿，含硅高，很多尾矿成分及含量与之类似，合成分子筛实现以废治废的目的；(2)合成的4A分子筛离子交换性能好含铅废水具有很好的处理效果，10s以内即可快速去除铅离子且；(3)合成的4A分子筛回收效果好，具有很好的重复用性能；(4)合成过程中，在高温碱熔前加入Al(0H)3,可以使得碱熔过程中生成分子筛合成所需的原料NaAlSiO4，有利于降低水解的时间以及所需要的用水量。附图说明图1：以尾矿制备4A分子筛处理含铅废水并回收工艺图。图2：以尾矿制备4A分子筛XRD图。图3：以尾矿制备4A分子筛SEM图。图4：以尾矿制备4A分子筛粒度分析图。图5：合成分子筛回收重复利用效果图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明。实施例1：原料为尾矿，主要含有SiO2，Al2O3，少量的Fe、K、Ca、Mg、Ti、P、Zn等元素，主要的化学成分如下(％wt):利用尾矿合成4A分子筛步骤：高温碱熔：将尾矿磨至325目，与一定的固体Na2CO3和固体Al(OH)3混合，置于坩埚内再高温加热反应。加热温度为855℃，加热并保温2h，碳酸钠与二氧化硅质量比为1:1.2，二氧化硅与氧化铝摩尔比为2。加水陈化：上述步骤后的矿样加水搅拌陈化20h。矿与水质量比为1:8。加热结晶：上述后的矿样置于反应釜中，加热并保温一定时间。温度为100℃，时间为5h。洗涤干燥：上述步骤后的矿样用水洗涤过滤，50℃干燥5h。将合成的分子筛进行XRD、SEM检测以及粒度分析，XRD检测结果表明其为4A分子筛，纯度较高。SEM显示合成分子筛主要为立方体晶型结构，结晶效果，颗粒分布均匀。粒度检测结果显示合成分子筛粒度为微米级，平均粒径为5μm。将上述合成的分子筛处理含铅废水适宜条件为pH为4.6，处理时间为10s以内，吸附容量为150mg/g。处理过程为：取0.12g分子筛处理100mg/L的含铅废水200ml，1h后测定铅离子浓度，铅离子浓度降到0.5mg/L以下，达到国家排放标准。将处理后的分子筛，进行解析回收，步骤为：取合成分子筛分子筛0.24g，处理200mg/L的含铅废水200ml，吸附10min，测溶液浓度。将加入分子筛的废水过滤，取适量NaCl饱和溶液，冲洗分子筛，再过滤洗涤，60℃下烘干5小时备用。将NaCl饱和溶液洗涤后过滤液中加入足量的NaS固体，形成黑色沉淀后，过滤回收PbS固体。将解析后的分子筛处理同浓度同体积的二价铅，吸附1h后，测溶液浓度，共重复4遍。洗涤液利用Na本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用尾矿制备4A分子筛的方法，其特征在于，该方法将尾矿磨至一定粒度后，再与一定量固体Na2CO3和固体Al(OH)3混合，经高温碱熔‑加水陈化‑加热结晶‑洗涤烘干，得到具有立方体晶型结构，颗粒分布均匀的4A分子筛。

【技术特征摘要】
1.一种用尾矿制备4A分子筛的方法，其特征在于，该方法将尾矿磨至一定粒度后，再与一定量固体Na2CO3和固体Al(OH)3混合，经高温碱熔-加水陈化-加热结晶-洗涤烘干，得到具有立方体晶型结构，颗粒分布均匀的4A分子筛。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
步骤1.高温碱熔：将一定量的尾矿磨至325目，与一定的固体Na2CO3和固体Al(OH)3混合，置于坩埚内再高温加热反应，加热温度为840-860℃，加热并保温1.8-2.2h，得到矿样，备用；
步骤2.加水陈化：步骤1得到的矿样加水搅拌陈化25-35min，分离出矿样；其中，矿样与水质量比为1:5-1:10；
步骤3.加热结晶：将经过步骤2处理后的矿样置于反应釜中，在温度为100℃-120℃，时间为3-5h；
步骤4：洗涤干燥：将经过步骤3处理后的矿样用水洗涤过滤，在温度为45-60℃下干燥5h，即得到具有立方体晶型结构，颗粒分布均匀的4A分子筛。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中：碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李素芹，曹丹丹，熊国宏，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11